3.钢结构的连接4

f t 0.8 f
b
考虑撬力的影响
抗拉验算 一个螺栓所受的拉力
Nt Nt
b
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产生撬力的原因
—— T形连接件刚度不足，水平
肢有较大变形 对螺栓受力影响 —— 使螺栓拉力增大 螺栓拉力:Nt=N+Q (刚度越小，Q 越大) 减小撬力的措施 —— 增强T形连接件刚度，如： 加大厚度或增设加劲肋
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2.普通螺栓群轴心受拉
当外力通过螺栓群形心 时，假定每个螺栓所受的拉 力相等，因此连接所需螺栓 数目为：
n
b
N
N Nt
b
Nt
——单个螺栓的抗拉承载力设计值
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3.普通螺栓群弯矩受拉

实际计算时，近似取中和轴位于最下排螺栓O处 连接绕底排螺栓轴线O转动
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对O处水平轴列弯矩平衡方程：

(4)通过螺栓端距大于等于2do保证， (do为栓孔直径）； (5)通过栓杆长度小于等于5d保证， (d为螺栓直径)。

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2.单个普通螺栓抗剪连接的承载力
考虑两种情况：


栓杆受剪
孔壁承压
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单个螺栓抗剪承载力设计值
N
b v
nv

4
d
2
fv
受剪面数 单剪nv=1 双剪nv=2 四剪nv=4
N min
b
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（2）螺栓群偏心受剪(受剪力V、轴力N、扭矩 T作用)
1
1
1 r1
4
1
o
3
2
剪力V
轴力N
山东科技大学
4
1
r1 1
1
1
3
2
扭矩T作用下：
假定被连接件是绝对刚性体，而螺栓则是弹性体; 连接板绕螺栓群形心旋转。各螺栓所受剪力大小与
该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线ri垂直。
50
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180
y1
N
y2
y3
y4
M
N
（2）不考虑承托承受剪力,螺栓群同时承受剪力和弯矩作用
单个螺栓承载力设计值为：
N v nv
b
d
4
2
fv 1
b
3 . 14 20 4
2
140 44 . 0 kN
N c d tf c 20 20 305 122 kN

Ney

y
1 2 i
0
连接绕底排螺 栓轴线o’转 动 大偏心受拉：M较大， e

y i / ny 1
2
N1max
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Ne' y '1
y'i
2
百度文库t
b
例题3.8 设图为一刚接屋架下弦节点，竖向力由承托 承受。螺栓为C级,只承受偏心拉力。设N=250kN, e=100mm。螺栓布置如图所示。设计该连接。
2
T F e 150 0 . 25 37 . 5 kN m N
T 1x

T y1

F n
x
2 i

y
2 i

37 . 5 16 10 1640 10
4
2
36 . 6 kN
y
2
N1y
T V 1y
Tx 1 x
2 i
N


T
150 10
2
15 kN
T V 2
N1
( N 1x ) ( N 1 y N 1 y )
2 2
4× 80
50
y
2 i

37 . 5 6 10 1640 10
e
13 . 7 kN
4
F
O
x
36 . 6 (13 . 7 15 ) 46 . 5 kN
50
120
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b b
N t 41 . 62 kN
b
单个螺栓的最大拉力： N t 20 kN 单个螺栓的剪力：
Nv v n 250 10 25 kN N c 122 kN
b
拉力和剪力联合作用下：
Nv Nb v
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N t Nb t
2

y e F
50
F
x1
N 1Tx
y1
4× 80
O
x
=
o
+
N 1Ty
y2
N 1T = Aτ 1T 1
o
T =Fe
50
120
［分析］采用
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N min
b
计算
【解】 （1）计算螺栓1所受剪力 x y 10 6 ( 4 8 4 16 ) 1640 cm
2 i 2 i 2 2 2
2 i 2 2 2 2
f
3 2 f e
Nt
My 1

30 10 400
3
20 kN N t 41 . 7 kN
b

w f
N mm
2
w
20
100 V =250K N
式中常数1.35是考虑剪力v对承托与翼柱 连接角焊缝的偏心影响。
N N
t2
50
4 × 100＝ 400
t1
t3
t4

N /2

N /2
连接工作的四个阶段： 摩擦传力的弹性阶段 N 滑移阶段 a 栓杆直接传力的弹性阶段 b 弹塑性阶段
N N /2 N a N /2 b
N
4 3 1 2 3 2 1
3 1 2 3 4
高强螺栓
高强螺栓
4
普通螺栓
δ
4
普通螺栓
1
2 抗剪螺栓连接的受力性能曲线
δ
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连接的破坏形式
（2）计算单个螺栓的设计承载力
螺栓抗剪
N
b v
nv
d
4
2
f
b v
1
3 . 14 22 4
2
140 53 . 2 kN
y e F
50 4× 80
构件承压
N c d tf c 22 8 305 53 . 7 kN
b b
（3）强度验算
N min 53 . 2 kN N 1 46 . 5 kN
50
N /n
5× 100=500
y3
y2
y1
y3
y2
e
y1
N
N1
Nt Nm
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50
e'
【解】 螺栓有效截面的核心距：


yi
2

4 ( 50 150
2
2
250 )
2
ny 1
12 250
117 mm e 100 mm
即偏心力作用在核心距以内，最小偏心受拉，应由式 （3.55a）计算
传力 方式
变形 安装
主要依靠连接板件摩 擦传力 连接变形小，螺栓不 易松动 需专门扳手施加预拉 力
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按受力状况分类
受力 特征
摩擦 型连 接
承载力 极限状态
外力达到最大摩擦 力，有相对滑移的 趋势 外力超过最大静摩 擦力，螺栓承剪， 孔壁承压，发生相 对滑移
安装孔 孔径 d0（mm)
d0＝d＋1.5 ~ 2.0
（1）螺栓剪断 （板较厚，螺栓较细）
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（2）钢板孔壁挤压破坏 （板较薄，螺栓较粗）
（3）钢板拉断 （板开孔，截面削弱）
（4）钢板冲剪破坏 （螺栓端距过小）
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（5）螺栓弯曲破坏 （板过厚，螺栓细长）
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防止破坏的措施：
(1)(2)通过螺栓计算解决；
(3)通过构件强度计算解决；
50
N1
N n

N e

y
2 i
y1
250 12

250 100 250 4 ( 50 150
2 2
250 )
2
38 . 7 kN
N /n
5× 100=500
50
需要的有效面积
Ae N1 ft
b
5× 100=500
170
采用M20螺栓， Ae 满足要求。
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20 100 V =250K N
50 4× 100＝ 400
M
N t3 N t4
50
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180
【解】 (1)承托传递全部剪力 设螺栓为M20，
M V e 250 0 . 12 30 kN .m 螺栓群只承受 单个螺栓的抗拉承载力设计值： A f 245 170 N 螺栓的最大拉力：
3.8.2 摩擦型连接高强度螺栓承载力
1.摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力
Nv Nv
单剪面 nf =1
双剪面 nf =2
单个螺栓的抗剪承载力设计值
b v
N
0 .9 n f P
摩擦 面数目
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摩擦面抗 滑移系数
预拉力

螺栓群抗剪验算
与普通螺栓的计算一样，不同处为单个螺 栓的承载力按下式计算：
螺杆直径
公式条件：各剪面 上剪应力均匀分布 螺栓抗剪强度设计值
b
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单剪面
双剪面
四剪面
单个螺栓承压承载力设计值
N c d ( t ) fc
b b
同一受力方向的承压 构件总厚度的较小值
螺栓承压 强度设计值
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单个抗剪螺栓的设计承载力
N
b min
min
N
b v
,N
b t b e t
41 . 7 kN
y 2 (100 200 300 400 ) 设承托与柱翼缘连接角焊缝为两面侧焊，取 h 10 mm 1 . 35 V 1 . 35 250 10 焊接应力： h l 0 . 7 10 2 (180 2 10 ) 150 . 7 N / mm f 160
应用 特点
剪切变形小，耐 疲劳，动载下不 易松动
承压 型连 接
承载力比摩擦型 d0＝d＋1.0 大，剪切变形大， ~ 1.5 一般不用于直接 动载情况
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按材质分类
螺栓强度等级 8.8 级 10.9 级 螺栓采用钢材 45号钢，40B钢 20MnTiB钢，35VB钢
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) (
2
Nt N
b t
)
2
1
单个螺栓受拉承载 力设计值
单个螺栓受剪 承载力设计值
Nv Nc
一个螺栓受的剪力
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b
单个螺栓承压承载力设计值
【例3.10】设图为短横梁与柱翼缘的连接，螺栓为C级， 梁端竖板下有承托。V=250kN,e=100mm ,钢材为Q235B，手工焊，焊条E43型，按考虑承托传递全部剪力V和 不承受V两种情况设计此连接。
2

25 20 44 . 0 41 . 62
2
2
0 . 744 1
3.8 高强度螺栓的工作性能和计算
3.8.1高强度螺栓的工作性能
挤压力Q 摩擦力F 外力N 预拉力P
拧紧螺母产生预拉力
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高强度螺栓与普通螺栓的比较 高强度螺栓 材料 材质好，强度高 普通螺栓 材质一般，强度 低 螺栓直接传力 连接变形大，螺 栓易松动 一般常用扳手， 手感拧紧
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1
1
4
1
r1 1
3
2
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1
1
4
1
r1 1
3
2
扭矩T
螺栓所受的最大剪力：
N min
山东科技大学
b
【例3.7】设计图3.55所示的普通螺栓连接。柱翼缘厚度 为10mm,连接板厚度为8mm，钢材为Q235-B，荷载设 计值 F=150kN, 偏心距e=250mm,采用粗制螺栓M22。
50
y 1e
245 mm
N
N
50
Nt Nm
y3
2
y3
y2
e
y3

228 mm
2
e'
38 . 7 10
y2
3
y3
y1
3.7.3 普通螺栓受剪力和拉力的联合作用

受剪力和拉力联合作用的承载力验算
螺栓所受最大拉力 按前述方法计算 一个螺栓受的剪力
NV V / n
(
同时 满足
Nv N
b v
b t
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（2）摩擦型高强度螺栓群偏心受拉（M、 N作用）
b
O
x
50
所以螺栓强度符合要求。
120
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3.7.2 普通螺栓的抗拉连接
1.单个螺栓的抗拉承载力


受拉螺栓的破坏模式
螺杆净截面达到设计承载力而被拉断——由计 算控制 螺纹滑牙破坏——由构造控制
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单个螺栓的抗拉承载力设计值
N
b t


4
de ft
2
b
螺栓有效直径
螺栓抗拉设计强度
N 0 .9 n f P
b v
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2.摩擦型高强度螺栓抗拉承载力
防止受拉 后出现脱 开松动
单个螺栓的抗拉 承载力设计值
N t 0 .8 P
b
预拉力
验算
N 一个螺栓所受拉力 t
Nt
b
可控制连接贴紧，不松动
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（1）摩擦型高强度螺栓群轴心受拉
连接所需螺栓数目为：
N
n N N
第i排螺栓的拉力：
顶排螺栓受力最大：
N 1 max My 1

yi
2
Nt
b
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4.普通螺栓群偏心受拉（受N和M作用）
连接绕螺栓群 形心轴o转动
N
max

N n

Ney
小偏心受拉：M较小，e
山东科技大学
y / ny 1
2 i

y
1 2 i
Nt
b
N min
N n
b c

验算 一个螺栓所受剪力
Nv N
b min
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3. 普通螺栓群抗剪连接计算
（1）螺栓群轴心受剪
l1
弹性阶段受力状态 塑性阶段受力状态
当 l 15d 时： 1 0
NV
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N n
N min min
b
N
b v
, Nc
b

当
l1 15d0时：
NV
N n
3.7 普通螺栓的工作性能和计算
普通螺栓按受力情况可分为： 螺栓只承受剪力 螺栓只承受拉力 螺栓承受剪力和拉力的共同作用
剪 力 螺 栓
拉 力 螺 栓
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3.7.1 普通螺栓的抗剪连接
1.抗剪连接的工作性能
螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件 相对滑动，在相反的方向螺杆靠紧孔壁，导致螺杆受剪切作 用，孔壁受压力作用，直至螺杆剪断或孔壁受压破坏。